鈦酸鍶陶瓷材料制備方法的進展

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1、鈦酸鍶陶瓷材料鈦酸鍶作為重要的、新興的電子陶瓷材料,具有高的介電常數和高的折射常數,有顯著的壓電性能,是重要的鐵電體,可作為介電材料和光電材料。　鈦酸鍶(SrTiO3)是一種立方鈣鈦礦型復合氧化物,在室溫下,滿足化學計量比的鈦酸鍶晶體是絕緣體,但在強制還原或攙雜施主金屬離子的情況下可以實現(xiàn)半導化。鈦酸鍶是重要的、新興的電子陶瓷材料,具有高的介電常數和高的折射常數,有顯著的壓電性能,是重要的鐵電體。,有穩(wěn)定的電滯性質。在高溫超導薄膜、催化、高溫固體氧化物燃料電池、電極材料、電化學傳感器、氧化物薄膜襯底材料、特殊光學窗口及高質量的濺射靶材等方面應用廣泛,可作為介電材料

2、和光電材料,用來制造高壓陶瓷電容器、PTC熱敏電阻、晶界層電容器(GrainBoundaryLayerCapacitor,簡稱GBLC)、電子元件、光催化電極材料,制造既有電容器功能又有吸收浪涌的壓敏電阻器等,它們都具有高性能、高可靠性、體積小等優(yōu)點。并且與鈦酸鋇材料相比,還具有介電損耗低、溫度穩(wěn)定性好,高耐電壓強度等優(yōu)點。鈦酸鍶的物理特性：室溫下，SrTiO3屬于立方晶系，空間群Pm3m，禁帶寬度約為3．2eV，a=b=c=0.39051nm，===90。是一種典型的AB03型鈣鈦礦型復合氧化物。許多文獻報道鈦酸鍶的居里溫度TC=106K,當T

3、立方相轉變?yōu)樗姆较唷rTi03晶體中，大的陽離子Sr2+位于簡立方原胞的頂上，小的陽離子Ti4+位于體心，陰離子02-位于面心。這樣的結構亦可看作是氧八面體頂角相連的網絡，較小的陽離子填充氧八面體空位，較大的陽離子填充十二面體空位，如圖1-1所示。而SrTi03的晶界結構如圖1-2所示，由圖可看出，SrTi03晶界上有很多偏離空間電荷區(qū)域(SpaceChargeRegion)的正電荷。對于產生正電荷的原因，J．C_．verbiinger認為可能是因為晶界表面有很多鈦原子(由偏析引起)，而這些鈦原子沒能很好地與氧原子結合，即鈦原子的核電荷沒有被中和，最終結果便是在

4、晶界上產生了正電荷。該晶界模型能很好地解釋SrTi03經摻雜后，其晶粒直徑減小。比如，受主摻雜的原子，它們能很順利地插入到空間電荷區(qū)域(空間電荷區(qū)域同時會阻止它們進入晶界內部)，形成一中間晶界層，并同時會中和一部分晶界表面的正電荷，使空間區(qū)域收縮，因而晶粒直徑減小。實驗研究現(xiàn)狀：：第一是SrTi03粉體的制備工藝研究；第二是SrTi03的結構性能、形成機理及動力學研究；第三是SrTi03基系列摻雜物的結構與性能研究；第四是以SrTi03為載體的超導研究。是基于密度泛函理論(DFT)框架下的第一性原理平面波超軟贗勢方法。計算結果表明：SrTi03是一種間接禁帶半導體

5、，其價帶頂位于布里淵區(qū)內的R點，導帶底位于r點。Mulliken布局分析、態(tài)密度、差分電荷密度分析均表明，Ti原子與O原子形成的是共價成分較高的共價鍵，而Sr原子與O原子形成的是離子鍵。3月31不同摻雜物對SrTiO3晶相的影響（采用溶膠-凝膠法進行摻雜）以金屬離子為摻雜物（設計分子式為：SrxAyTiO3，其中A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb）,所指的的樣品的XRD衍射譜數據可知主要晶相是SrTiO3，有少量雜項產生。（1）采用溶膠—凝膠法進行摻雜，設計分子式為SrxAyTiO3(A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb），實際得到的是以SrTiO3為主相的

6、固溶體；分散開的樣品顆粒近似呈球形，顆粒粒徑約50nm，有團聚現(xiàn)象。(2)以Y2O3為摻雜物所制得的樣品，顆粒分布均一，粒徑約為250nm,顆粒呈六邊形。（3）以為SrTiO3基體以Y2O3為摻雜物，當摻雜量為3.54%（Y%）時，樣品的阻溫特性曲線與純SrTiO3的阻溫特性曲線相近。（4）以SrTiO3為基體，以La2O3為摻雜物，當摻雜量為1.23%(La%)時，樣品的阻溫特性曲線與純SrTiO3的阻溫特性曲線接近4月1號(對SrTiO3陶瓷發(fā)光、介電和磁學性質的影響)未摻雜的STO是一種先兆性鐵電體(incipientferroelectric)，或者也被稱

7、為量子順電體(quantumparaelectric)，其本身不具有發(fā)光和磁學特性。在溫度低于150K時，STO中存在著一個從立方相到四方相的結構相變。由于具有較大的量子起伏效應，直到溫度降至OK附近，在STO中也不能觀測到鐵電相的存在【l】。但是當采用一些稀土元素，例如La、Pr等替換Sr位時，可以觀測到由此所產生的鐵電性或者介電異常行為【2】【3】。陶瓷室溫下的介電性能和頻率的關系采用HP4294A阻抗分析儀進行測量，測量范圍從100Hz到10MHz。室溫下磁學性能的測量通過RikenBHV-55振動樣品磁強計(VSM)測量，測試時所加磁場范圍為-10到+10

8、kOe。E